Introduktion

Herställning av järn från malm innebär en redoxreaktion som utförs i en masugn. Ugnen fylls upptill med järnmalmsoxid, oftast hematit (\(Fe_2O_3\)) men även magnetit (\(Fe_3O_4\)), kol som kallas koks och kalksten (\(CaCO_3\)). I denna diskussion kommer järnmalmsoxiden hematit (\(Fe_2O_3\)) att visas. Hematit har fått sitt namn från det grekiska ordet som betyder blodliknande på grund av färgen på en form av dess pulver. De gamla grekerna trodde att stora avlagringar av hematit bildades från strider som utkämpades och blodet från dessa strider flödade ner i marken.

För att påbörja processen tvingas en tryckluftsstråle in i botten av ugnen som bidrar till att skapa en stor temperaturvariation där botten är 2273 K och toppen 473 K. Mängden syre är strikt kontrollerad så att kolmonoxid är huvudprodukten som visas:

\

Samma sak gäller för kol och kolmonoxid som båda bidrar till reduktionen av järn(III)oxid för att ge den orena metallen som visas:

\

\

En av de mest intressanta delarna av denna redoxreaktion är att majoriteten av den bildade koldioxiden själv reduceras när den kommer i kontakt med den oförbrända koksen och producerar mer reduktionsmedel. När processen fortsätter flödar det smälta järnet ner genom ugnen och samlas i botten, där det avlägsnas genom en öppning i sidan. När det svalnar är det orena järnet sprött och i vissa fall mjukt på grund av förekomsten av små föroreningar som svavel och fosfor.

Det orena järnet som kommer från botten av ugnen renas alltså ytterligare. Den vanligaste metoden är den basiska syreugnen. I ugnen blåses syre in i det orena järnet. Detta är viktigt eftersom syret oxiderar fosfor och svavel som visas i följande redoxreaktioner:

\

\

Oxiderna avgår antingen som gaser eller reagerar med basiska oxider som tillsätts eller används för att fodra ugnen. Detta sista reningssteg avlägsnar en stor del av orenheterna och resultatet är vanligt kolstål. Järn framställs alltså genom processen oxidation-reduktion.